Zuppingerova turbína

(Vynalezena r. 1844 švýcarským inženýrem Zuppingerem, jehož jméno nese i zdokonalené kolo na spodní vodu)

Typově se jedná o rovnotlakou vertikální turbínu s dostředivým průtokem a parciálním ostřikem. Přesný rozsah použití se v dostupné litaratůře neuvádí. Její konstrukční řešení nasvědčuje spolehlivému využití středních a vyšších spádů při malých průtocích. Tedy v oblasti, kde se v té době již nedala použít vodní kola.

Princip turbíny:

Voda je k turbíně přiváděna otevřenou strouhou a těsně před ní dřevěným vantrokem. Vantrok je na svém konci zaslepen a v jeho dně je osazen kuželový mezikus, kterým voda klesá potrubím dolů k vlastní turbíně. Kolenem se potrubí stáčí do vodorovného směru a je zakončeno plochou dýzou uzavíranou hradítkem. Hradítko je ovládáno pomocí dlouhé regulační tyče, která otáčí pasorkem zapadajícím do hřebenu na hradíku. (Obrázek znázorňuje turbínu otevřenou přibližně na 80%.) Díky zakřivenému tvaru vnější strany dýzy získá voda vhodný směr pro optimální vstup do otáčejícího se věnce oběžného kola. Na silně zakřivených lopatkách kola voda obrací svůj směr. Tím na lopatku působí silou a předává tak svoji energii otáčejícímu se věnci. Nakonec na jeho vnitřní straně vytéká přibližně stejnou rychlostí, jakou se věnec otáčí, jenže v opačném smyslu. Vlivem rozdílných směrů těchto rychlostí dojde k tomu, že voda opustí oběžné kolo s minimální zbytkovou energií a volně dopadá na spodní hladinu v odpadním kanále. Výhodou je, že tento děj probíhá na menším průměru - tedy při nižší obvodové rychlosti ve srovnání s místem, kde voda do věnce vstupuje. Proto má turbína dobrou účinnost.

Konstrukční detaily:

• Turbína se zásadně konstruuje jako vertikální.
• Oběžné kolo se otáčí volně ve vzduchu a je co nejtěsněji nad hladinou.
• Hřídel je pod vodou opřen v patním ložisku, které je postaveno nad hladinou na betonovém základu a skryto uvnitř pod zvonovitým tvarem oběžného kola. Aby se tam ložisko vešlo a zůstal ještě dostatečný prostor na výpad vody z lopatek, musí mít věnec s lopatkami značný průměr.
• Pokud nevadí rozstřik, není turbína kapotována.
• Regulačním orgánem je deskovité hradítko, které tvoří jednu stěnu dýzy. Hradítko je vedeno v postranních drážkách a v bezprostřední blízkosti oběžného kola je i plošně podepřeno, aby odolalo tlaku vody.
• Dýza stojí na betonové kostce. Zbytek vývařiště pod turbínou je zcela volný, aby si voda snadno našla cesu do odpadního kanálu a její hladina se nedotkla věnce.
• Turbína využívá pouze spád H od hladiny k dýze. Dýza nesmí být moc široká, aby se výtoková rychlost v různých místech nelišila.
• Protože má turbína nízký počet otáček, je doplněna kuželovým převodem, který otáčky zvyšuje a převádí na horizontální hřídel k dalšímu využití.
• Axiální sílu, způsobenou hmotností rozměrného oběžného kola, zachycuje axiálně-radiální ložisko pod kuželovým kolem. Patní ložisko je pouze radiální a zachycuje sílu způsobenou vodním paprskem.
• Problémovým místem bývá utěsnění hradítka, které se ve vedení často zadírá.

Použití:

Tato turbína se v současnosti už nepoužívá. Patřila k prvním prakticky použitelným rovnotlakým turbínám, které umožnily zpracovat větší spády. Její hlavní nevýhodou byly značné rozměry (ve srovnání se zpracovávaným průtokem), pomaluběžnost a citlivost na nečistoty. Přes tyto nedostatky byla dobrým motorem pro průmyslový pohon v horských oblastech. Jako pomaluběžný stroj s velkou setrvačností a malými průběžnými otáčkami nebyla citlivá na proměnné zatížení, jak bylo nutné pro přímý mechanický pohon (protože jiný se v době jejího vzniku nepoužíval). Její výskyt byl řídký a na všech lokalitách, kde byla v minulosti Zuppingerova turbína používána, byla později vytlačena menší turbínou Schwamkrugovou , kompaktnější Francisovou turbínou se spirální skříní nebo výrobně jednodužší turbínou Bánkiho.